【物理】2020届一轮复习人教版第八章磁场学案

【物理】2020届一轮复习人教版第八章磁场学案

第八章 知识内容 必考要求 ‎1.磁现象和磁场 b ‎2.磁感应强度 c ‎3.几种常见的磁场 b ‎4.通电导线在磁场中受到的力 c ‎5.运动电荷在磁场中受到的力 c 考点一 磁场和磁感应强度 ‎[巩固基础]‎ ‎1．磁场 ‎(1)磁场：存在于磁体周围或电流周围的一种客观存在的特殊物质。磁体和磁体之间、磁体和通电导体之间、通电导体和通电导体间的相互作用都是通过磁场发生的。‎ ‎(2)基本性质：对放入其中的磁体或通电导体有力的作用。‎ ‎(3)方向：‎ ‎①小磁针N极所受磁场力的方向。‎ ‎②小磁针静止时N极的指向。‎ ‎(4)地磁场：地磁场的N极(北极)位于地理南极附近，地磁场的S极(南极)位于地理北极附近。‎ ‎2．磁感应强度 ‎(1)定义式：B＝(通电导线垂直于磁场)。‎ ‎(2)方向：小磁针静止时N极的指向。‎ ‎[演练考法]‎ ‎1．(2017·4月浙江学考)下列描述正确的是(　　)‎ A．开普勒提出所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆 B．牛顿通过实验测出了万有引力常数 C．库仑通过扭秤实验测定了电子的电荷量 D．法拉第发现了电流的磁效应 解析：选A　开普勒提出了行星运动三定律，其中第一定律指出所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，选项A正确；卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，选项B错误；密立根通过油滴实验测定了电子的电荷量，选项C错误；奥斯特发现了电流的磁效应，选项D错误。‎ ‎2．(2016·4月浙江学考)物理学中的自由落体规律、万有引力定律、静止点电荷之间的相互作用规律和电流磁效应分别由不同的物理学家探究发现，他们依次是(　　)‎ A．伽利略、牛顿、库仑和奥斯特 B．牛顿、安培、洛伦兹和奥斯特 C．伽利略、卡文迪许、库仑和安培 D．开普勒、伽利略、库仑和洛伦兹 解析：选A　伽利略发现了自由落体规律，牛顿提出了万有引力定律，库仑发现了静止点电荷之间的相互作用规律，奥斯特发现了电流的磁效应，A正确。‎ 考点二 几种常见的磁场 ‎[巩固基础]‎ ‎1．常见磁体的磁场 ‎2．电流的磁场——安培定则 通电直导线 通电螺线管 环形电流 安培定则 右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向 让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向 ‎[提升能力]‎ ‎1．安培定则的“因”和“果”‎ 原因(电流方向)‎ 结果(磁场方向)‎ 直线电流的磁场 大拇指 四指 环形电流及通电螺线管的磁场　‎ 四指 大拇指 ‎2．磁场的叠加：磁感应强度为矢量，合成与分解遵循平行四边形定则。‎ ‎[典例]　两根相互靠近的长直导线1、2中通有相同的电流，相互作用力为F。若在两根导线所在空间内加一匀强磁场后，导线2所受安培力的合力恰好为零。则所加磁场的方向是(　　 )‎ A．垂直纸面向里　　　 B．垂直纸面向外 C．垂直导线向右 D．垂直导线向左 ‎[解析]　当两根通有大小相同，方向相同的电流时，1、2两导线间的作用力是引力，故2受到向左的安培力，要使导线2所受的安培力的合力恰好为零，故所加的磁场使导线2受到的安培力向右，根据左手定则判断知所加的磁场方向为垂直纸面向外，故B正确。‎ ‎[答案]　B 考点三 通电导线在磁场中受到的力 ‎[巩固基础]‎ ‎1．安培力的大小 ‎(1)磁场和电流垂直时：F＝BIL。‎ ‎(2)磁场和电流平行时：F＝0。‎ ‎2．安培力的方向 ‎(1)用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内。让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。‎ ‎(2)安培力的方向特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I决定的平面。‎ ‎[提升能力]‎ 一、安培力大小的计算 计算安培力常用公式F＝BIL，应用时要满足：‎ ‎(1)B与L垂直。‎ ‎(2)L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度。例如，如图所示通电导线，在判断和计算安培力的方向和大小时均可等效为计算和判断ac直导线的安培力的大小和方向。‎ ‎[例1]　如图所示，将一个半径为R的导电金属圆环串联接入电路中，电路的电流为I，接入点a、b是圆环直径上的两个端点，流过圆弧acb和adb的电流相等。金属圆环处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与圆环所在平面垂直。则金属圆环受到的安培力为(　　 )‎ A．0　　　　　　　　　 B．πBIR C．2πBIR D．2BIR ‎[解析]　隔离导电金属圆环上半部分，其电流为，所受安培力为B2R＝BIR。同理，金属圆环下半部分所受安培力也为BIR。两部分所受安培力方向相同，所以，金属圆环受到的安培力为2BIR，选项D正确。‎ ‎[答案]　D 二、安培力作用下导体的平衡问题 通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力学综合模型，该模型一般由倾斜导轨、导体棒、电源和电阻等组成。这类题目的难点是题图具有立体性，各力的方向不易确定。因此解题时一定要先把立体图转化成平面图，通过受力分析建立各力的平衡关系，如图所示。‎ ‎[例2]　 如图甲所示，在水平地面上固定一对与水平面倾角为α的光滑平行导电轨道，轨道间的距离为l，两轨道底端的连线与轨道垂直，顶端接有电源。将一根质量为m的直导体棒ab放在两轨道上，且与两轨道垂直。已知轨道和导体棒的电阻及电源的内电阻均不能忽略，通过导体棒的恒定电流大小为I，方向由a到b，图乙为图甲沿a→b方向观察的平面图。若重力加速度为g，在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场。使导体棒在轨道上保持静止。‎ ‎(1)请在图乙所示的平面图中画出导体棒受力的示意图；‎ ‎(2)求出磁场对导体棒的安培力的大小；‎ ‎(3)如果改变导轨所在空间的磁场方向，试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度B的最小值的大小和方向。‎ ‎[解析]　(1)如图所示。‎ ‎(2)根据共点力平衡条件可知，磁场对导体棒的安培力的大小F＝mgtan α。‎ ‎(3)要使磁感应强度最小，则要求安培力最小。根据受力情况可知，最小安培力Fmin＝mgsin α，方向平行于轨道斜向上，所以最小磁感应强度Bmin＝＝，根据左手定则可判断出，此时的磁感应强度的方向为垂直轨道平面向上。‎ ‎[答案]　 (1)见解析图　(2)mgtan α　(3)，垂直轨道平面向上 三、安培力作用下导体的运动 ‎1．判定导体运动情况的基本思路 ‎(1)清楚导体所在位置的磁场分布情况。‎ ‎(2)利用左手定则准确判定导体的受力情况。‎ ‎(3)确定导体的运动方向或运动趋势的方向。‎ ‎2．五种常用判定方法 电流元法 分割为电流元安培力方向―→整段导体所受合力方向―→运动方向 特殊位置法 在特殊位置―→安培力方向―→运动方向 等效法 环形电流小磁针 条形磁铁通电螺线管多个环形电流 结论法 ‎ 同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势 转换研究对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，导线所受安培力磁体受导线的作用力 ‎[例3]　 (2018·金华十校联考)电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。如图为美国试验所采用的电磁轨道，该轨道长7.5 m，宽1.5 m。若发射质量为50 g的炮弹从轨道左端初速为零开始加速，当回路中的电流恒为20 A时，最大速度可达3 km/s。轨道间所加磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力。下列说法正确的是(　　 )‎ A．磁场方向为竖直向下 B．磁场方向为水平向右 C．磁感应强度的大小为103 T D．电磁炮的加速度大小为3×105 m/s2‎ ‎[解析]　由左手定则知磁场方向应竖直向上，A、B均错误；由v2＝2ax得a＝＝6×105 m/s2，D错误；又ma＝BIL，所以B＝＝1.0×103 T，C正确。‎ ‎[答案]　C ‎[演练考法]‎ ‎3.(2017·4月浙江学考)如图所示，两平行直导线cd和ef竖直放置，通以方向相反大小相等的电流，a、b两点位于两导线所在的平面内。则(　　)‎ A．b点的磁感应强度为零 B．ef导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向里 C．cd导线受到的安培力方向向右 D．同时改变两导线的电流方向，cd导线受到的安培力方向不变 解析：选D　根据右手定则可知，ef导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向外，两导线在b点产生的磁场方向均垂直纸面向外，则b点的磁感应强度不为零，选项A、B错误；根据左手定则可判断，cd导线受到的安培力向左，同时改变两导线的电流方向，安培力仍然向左，选项C错误、D正确，也可根据结论即电流方向相反的两直导线互相排斥进行判断。‎ ‎4.(2016·10月浙江学考)如图所示，把一根通电的硬直导线ab，用轻绳悬挂在通电螺线管正上方，直导线中的电流方向由a向b。闭合开关S瞬间，导线a端所受安培力的方向是(　　 )‎ A．向上 B．向下 C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里 解析：选D　闭合开关S瞬间，由右手定则知螺线管右端为N极，左端为S极，螺线管产生的磁场方向在通电导线a端斜向左下方，由左手定则可知，导线a端所受安培力的方向垂直纸面向里，D正确。‎ ‎5.(2016·4月浙江学考)法拉第电动机原理如图所示。条形磁铁竖直固定在圆形水银槽中心，N极向上。一根金属杆斜插在水银中，杆的上端与固定在水银槽圆心正上方的铰链相连。电源负极与金属杆上端相连，与电源正极连接的导线插入水银中。从上往下看，金属杆(　　 )‎ A．向左摆动 B．向右摆动 C．顺时针转动 D．逆时针转动 解析：选D　通过金属杆的电流流向铰链，根据左手定则判断安培力的方向，从上往下看，金属杆逆时针转动。‎ 考点四 运动电荷在磁场中受到的力 ‎[巩固基础]‎ ‎1．洛伦兹力的方向 ‎(1)判定方法 左手定则：掌心——磁感线垂直穿入掌心；‎ 四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向；‎ 拇指——指向洛伦兹力的方向。‎ ‎(2)方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的平面。‎ ‎2．洛伦兹力的大小 ‎(1)v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB。(θ＝90°)‎ ‎(2)v∥B时，洛伦兹力F＝0。(θ＝0°或180°)‎ ‎(3)v＝0时，洛伦兹力F＝0。‎ ‎[提升能力]‎ ‎1．洛伦兹力的理解 ‎(1)判断洛伦兹力的方向时，一定要区分正、负电荷。‎ ‎(2)当电荷运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向也随之变化。‎ ‎(3)洛伦兹力方向与速度方向总是垂直，所以洛伦兹力一定不做功。‎ ‎(4)运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用。‎ ‎2．洛伦兹力与安培力的联系及区别 ‎(1)安培力是洛伦兹力的宏观表现，二者是相同性质的力，都是磁场力。‎ ‎(2)安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功。‎ ‎[典例]　两个质量相同，所带电荷量相等的带电粒子a、b，以不同的速率对准圆心O沿着AO方向射入垂直纸面向里的圆形匀强磁场区域，其运动轨迹如图，不计粒子的重力，则下列说法正确的是(　　 )‎ A．a粒子带正电，b粒子带负电 B．a粒子在磁场中所受洛伦兹力较大 C．b粒子动能较大 D．b粒子在磁场中运动时间较长 ‎[解析]　由左手定则可知，a粒子带负电，b粒子带正电，A错误；由qvB＝m得r＝，故运动的轨迹半径越大，对应的速率越大，所以b粒子的速率较大，在磁场中所受洛伦兹力较大，B错误；由Ek＝mv2可得b粒子的动能较大，C正确；由T＝ 知两者的周期相同，b粒子运动的轨迹对应的圆心角小于a粒子运动的轨迹对应的圆心角，所以b粒子在磁场中运动时间较短，D错误。‎ ‎[答案]　C ‎[演练考法]‎ ‎6．(2017·11月浙江学考)如图所示，在两水平金属板构成的器件中，存在着匀强电场与匀强磁场，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。以某一水平速度进入的不计重力的带电粒子恰好能沿直线运动，下列说法正确的是(　　)‎ A．粒子一定带负电 B．粒子的速度大小v＝ C．若粒子速度大小改变，粒子将做曲线运动 D．若粒子速度大小改变，电场对粒子的作用力会发生变化 解析：选C　粒子沿水平方向做直线运动，说明竖直方向受力平衡，即qvB＝qE，解得v＝，所以选项B错误；无论粒子带正电荷还是负电荷，只要满足上式就可以满足题意，所以选项A错误；不论粒子速度变大或变小，都会导致洛伦兹力变化，因此粒子就会做曲线运动，选项C正确；不管粒子速度怎么变，在匀强电场中，粒子的电场力不变，所以选项D错误。‎